空间应用PNI RM3100磁力计的单次效应试验
盛思瑞特-叶工
通信作者：Mark B. Moldwin（mmoldwin@umich.edu）
本文介绍了PNI RM3100磁力计传感器的抗干扰辐射测试，特别是传感器板上的MagI 2 C ASIC（专用集成电路）。该传感器是一款商用现成（COTS）磁感应式磁强计，属于低资源型设备。在劳伦斯伯克利国家实验室88// 回旋加速器中，该设备在重离子束照射期间被监测是否存在破坏性事件及功能中断。当RM3100在额定电压（3.3 V）和高温环境（85oC）下运行时，总辐照量为1.4×10^7 cm—2 ，有效线性能量转移（LET）达76.7 MeV·cm²·mg—1 ，未出现任何单次事件破坏效应。结合此前总电离剂量测试结果（硅材料下最高150kRad未发生故障），我们得出结论：PNI RM3100具有极强的辐射耐受性，可应用于多种太空环境。
1 介绍
作为密歇根大学磁力计实验室为PNI RM3100磁力计进行太空应用认证工作的一部分，我们对商用现成（COTS）MagI 2 C专用集成电路（ASIC）进行了单次事件效应测试。该磁力计的性能参数显示：在1赫兹频率下，其精度约为1.2纳特斯拉（nT），噪声密度为500 皮 特 斯 拉 /√ 赫 兹 （pT/√Hz）。（Regoli 等 人 ，2018年）且体积极小（3 mm×3 mm×2 mm)、重量轻（5 g）、功耗低（5 mW)，使其成为理想选择。
适用于多磁力计噪声消除应用（例如Sheinker和Moldwin，2016；Hoffmann和Moldwin，2022)，可满足磁力计卫星探测中对短脉冲、无脉冲或宽松磁清洁度的要求。在航天应用中使用商用现成电子设备时，人们普遍关注其长期可靠性及对辐射效应的敏感性——尤其是单次事件效应(SEEs；美国国家研究委员会，2006年）。这类效应主要由高能粒子引发，常见来源包括重离子宇宙射线、辐射带中的质子或太阳高能质子。单次事件扰动（SEUs）属于非破坏性故障，因此被称为软错误。这类故障通常表现为逻辑电路或辅助电路中的瞬态脉冲，或是存储单元与寄存器中的位翻转现象，并可能引发虚指令或误操作（如莫尔德温，2008年）。与之形成鲜明对比的是，存在多种可能导致电子设备损坏的硬错误类型，这些故障会直接造成电子元件的损伤甚至彻底失效。其中一种称为单事件闩锁（SEL）的情况会导致工作电流过高，超出设备规格限制，必须通过电源复位清除（美国国家航空航天局辐射效应与分析小组，2021)。本文描述了在劳伦斯伯克利国家实验室88// 回旋加速器（LBNL，2021）进行的测试，旨在研究PNIRM3100磁力计对SEL的敏感性。
表1.部件信息。
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